[发明专利]一种栅电介质材料立方相HfO2薄膜及其制备方法

权利要求书

1、一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜，其特征是掺杂Y₂O₃获得稳定的立方相的HfO₂薄膜，Y₂O₃的掺杂量的摩尔百分比为0到28之间。

2、根据权利要求1所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜，其特征是所述HfO₂在常温下为立方相，介电常数27.2。

3、权利要求1或2所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜的制备方法，其特征是立方相HfO₂薄膜利用脉冲激光沉积技术，使用由Y₂O₃稳定的立方相HfO₂陶瓷靶材，在高真空低氧分压下制备，其制备步骤如下：

A、由Y₂O₃稳定的立方相HfO₂陶瓷靶材的制备：将纯Y₂O₃粉末掺杂于纯HfO₂粉末，掺杂量摩尔比处于0到28之间，经球磨机充分球磨，再把混合粉末压成圆片，在箱式电阻炉中烧结，得到致密的由Y₂O₃稳定的立方相HfO₂陶瓷靶材，备用；

B、衬底材料的选择和处理：选择P型Si(100)作为衬底，首先把P型Si(100)放入无水乙醇中超声清洗，再用去离子水冲洗，然后用氢氟酸溶液腐蚀掉Si表面上的SiO₂，最后再在无水乙醇中超声清洗，取出晾干后备用；

C、将由Y₂O₃稳定的立方相HfO₂陶瓷靶材放置在脉冲激光沉积系统的靶台上，硅衬底材料放到衬底台上，靶台和衬底台均放置在生长室内；

D、用机械泵将生长室内真空抽到1.0×10^-1Pa，然后启动分子泵，将生长室内压力继续抽到1.0×10^-5Pa；

E、用电阻炉加热衬底台，使Si衬底材料加热到设定温度300-700℃；

F、启动脉冲激光器，使脉冲激光束通过聚焦透镜将激光束聚焦在由Y₂O₃稳定的立方相HfO₂的陶瓷靶材上，利用脉冲激光剥离陶瓷靶材，产生的激光离子体沉积在硅衬底材料上而制得立方相HfO₂薄膜；制膜过程中，靶台和衬底台下均装有电动机，以恒定的30-90转/分的速度旋转，保证激光束等离子体均匀沉积在衬底上，从而制得厚度均匀的薄膜。

4、根据权利要求3所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜的制备方法，其特征是步骤A中，将纯Y₂O₃粉末和纯HfO₂粉末充分球磨24-36小时后，在13-15Mpa压力下冷压成直径22mm，厚度为4mm的圆片，在1400-1600℃下烧结成由Y₂O₃稳定的立方相HfO2陶瓷靶材。

5、根据权利要求3或4所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜的制备方法，其特征是步骤B中P型Si(100)电阻率为8-10Ω·cm^-1，P型Si(100)在无水乙醇中超声清洗清洗3-5分钟后，再用去离子水冲洗，用摩尔比1∶20的氢氟酸溶液腐蚀掉Si表面的SiO₂。

6、根据权利要求3或4所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜的制备方法，其特征是步骤E中的电阻炉的加热温度可在室温至800℃之间的任何温度下保持稳定，加热衬底，使沉积薄膜时衬底的温度为350℃；步骤F中的激光器使氟化氪准分子激光器，其波长为248nm，脉冲宽度20-30ns，单脉冲能量50-600mJ，能量密度为0-10J/cm²。

7、根据权利要求5所述的一种栅电介质材料立方相HfO₂薄膜的制备方法，其特征是步骤E中的电阻炉的加热温度可在室温至800℃之间的任何温度下保持稳定，加热衬底，使沉积薄膜时衬底的温度为350℃；步骤F中的激光器使氟化氪准分子激光器，其波长为248nm，脉冲宽度20-30ns，单脉冲能量50-600mJ，能量密度为0-10J/cm²。